(57)【要約】【課題】  光ノイズによる偽計数を大幅に低減することができ、これによって微粒子検出の信頼性を向上させること。【解決手段】  光路空間２１の内壁において、微粒子による散乱光を検出しない位置で、且つ半導体レーザ２８からレーザ光の一部が内壁に乱反射して発生した迷光並びに周囲温度変化等の影響によってレーザ光に発生した光ノイズを受光可能な位置、この例ではシリンドリカルレンズ３０の近傍に光ノイズ検出用フォトダイオード３５を設置する。更に、散乱光検出用フォトダイオード３２及び光ノイズ検出用フォトダイオード３５を、光ノイズ判定部３６に接続する。光ノイズ判定部３６によって、光ノイズ検出用フォトダイオード３５と散乱光検出用フォトダイオード３２との双方で同時に、予め定められた閾値よりも大きいレベルの光信号が受光された際に、光ノイズが検出されていると判定する。【選択図】      図１
2006189337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に沿って直線に伸びる中空部を有する筒状部材の前記中空部を光路空間とし、この光路空間の一端に出射光が長手方向の直線に沿って放射されるように光源を配設すると共に、その光源からの出射光を平行光に変換するレンズを配設し、長手方向の直線と交差するように筒状部材の光路空間を抜けて対向する側壁を貫通する通路に流体を流し、この流体に、レンズで変換された平行光を透過させ、この透過時に流体中に含まれる微粒子での散乱光を第１の受光素子で受光し、この受光に応じて第１の受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさを演算して求める微粒子測定装置において、
前記微粒子による散乱光を検出しない位置で、且つ前記光源から出射光が乱反射した迷光並びに該出射光に発生する光ノイズを受光可能な位置に配設された第２の受光素子と、
前記第１及び第２の受光素子で同時に、予め定められた閾値よりも大きいレベルの光信号が受光された際に光ノイズの検出と判定する判定手段と
を備えたことを特徴とする微粒子測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーンルームなどの粉塵を管理する領域において、粉塵などの微粒子の数と大きさを計測する微粒子測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の微粒子測定装置は、気体等の流体を当該微粒子測定装置の内部に吸引して外部へ排気し、この際、内部に流れる流体に光源からのレーザ光を照射し、この照射時に流体中に含まれる微粒子での散乱光を受光素子で受光するように構成されている。そして、その受光に応じて受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさ（粒径）を演算して求めるようになっている。
【０００３】
この種の従来の微粒子測定装置の構成例を図３に断面図で示し、その説明を行う。
図３に示す従来の微粒子測定装置１０は、長手方向中心線（光軸２６）に沿って円柱形状に貫通する光路空間２１を有する円筒形状の測定管２２を有し、この測定管２２の一端部に、光路空間２１を外界と遮光状態に閉塞する円板部材２３が固定され、この対向端に、光路空間２１を外界と遮光状態に閉塞する円錐コーン形状内壁の光吸収体２４が固定されている。
【０００４】
また、光吸収体２４の先端部の光軸２６に沿って外界へ抜ける貫通穴に、光を透過する材料が嵌合又は埋め込まれて形成された光透過部２５が設けられ、この光透過部２５から透過した光を受光できる位置に光量制御用フォトダイオード２７が配置固定されている。更に、光路空間２１において、円板部材２３に半導体レーザ２８が固定され、このレーザ光出射側にコリメートレンズ２９とシリンドリカルレンズ３０とが所定間隔離して配置されている。シリンドリカルレンズ３０から所定間隔離れた位置に当該レンズ３０からの扁平ビーム光と気流３１とが交差する状態となるように、測定管２２の外面から周壁を貫通して光路空間２１へ抜ける図示せぬ噴出通路及び吸引通路が対向状態に形成されている。
【０００５】
そして、測定管２２の外面に抜ける噴出通路及び吸引通路の開口は、図示せぬ排気／吸引用のポンプに接続されており、そのポンプによって噴出通路から噴出された気体が吸引通路で吸引されることによって、光路空間２１に光軸２６と交差して気流３１が流れるようになっている。その気流３１が流れる光路空間２１の内壁には、散乱光検出用フォトダイオード３２が配置されている。
【０００６】
このような構成の微粒子測定装置１０は、クリーンルーム等の粉塵を管理する領域に配置されて、次のような微粒子の測定動作を行う。
まず、ポンプが起動されると、噴出通路から噴出された気流３１が光路空間２１を通って吸引通路で吸引され、この後、半導体レーザ２８から出射されたレーザ光がコリメートレンズ２９によって平行ビーム光とされ、これが更にシリンドリカルレンズ３０によって扁平ビーム光とされる。
【０００７】
この扁平ビーム光は、光路空間２１を横切る気流３１を交差して透過し、この透過時に気体中の微粒子で光が散乱され、この散乱光が散乱光検出用フォトダイオード３２で受光される。この受光に応じて散乱光検出用フォトダイオード３２から出力される電気信号が図示せぬ増幅装置によって増幅され、更に図示せぬ演算装置によって、その増幅信号の波形の振幅や幅から微粒子の数と粒径が求められる。
【０００８】
一方、気流３１を透過した扁平ビーム光は、光吸収体２４に照射される。扁平ビーム光の光線の一部である光線３３は、光吸収体２４の内壁において、レーザ光の出射方向へ向かいながら多重反射し、光吸収体２４の中央部に集光する。この際、光吸収体２４の内壁の反射率は低いため、光の殆どが光吸収体２４の内壁で吸収され、半導体レーザ２８側へは光は殆ど戻らない。
【０００９】
また、光源である半導体レーザ２８の光量の一部をモニタリングすることにより、半導体レーザ２８の出射光量を制御して安定した光が出射されるようになされている。半導体レーザ２８から出射された光は、レンズ２９，３０を通して扁平ビーム光となり、扁平ビーム光は前述のとおり光吸収体２４によってその殆どを吸収されるが、一部は光透過部２５を透過して光量制御用フォトダイオード２７によって受光される。
【００１０】
この受光に応じて光量制御用フォトダイオード２７から出力される電気信号が図示せぬ増幅装置によって増幅され、更に図示せぬ演算装置によって、その増幅信号から半導体レーザ２８の駆動電流が制御されることにより、半導体レーザ２８の出射光が予め設定されている光量になるように制御される。
このように、半導体レーザ２８の出射光量を所定の値に制御し、その出射光によって微粒子の検出によって微粒子の数と大きさを高精度に検出可能とし、更に、簡単な構造による光吸収体２４で迷光を低減させて製造コストの削減を可能としている。
【００１１】
この種の従来の微粒子測定装置として、例えば特許文献１及び２に記載のものがある。
【特許文献１】特開平８−２７１４２３号公報
【特許文献２】特開平８−２３３７３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のように、従来の微粒子測定装置においては、光源（半導体レーザ２８）からの出射光が、光源側に戻ることを防ぐ迷光防止の対策が講じられ、高精度に微粒子を検出できるようになっている。
しかし、光源からの出射光は所定の角度分布を持つため、出射光の一部が測定管２２の内壁及びレンズ２９，３０の端面などに多重反射されて発生する迷光を完全に除去することは困難である。このため、その微弱光であるが迷光が散乱光検出用フォトダイオード３２で受光される。この迷光の受光によって、間接的に光源の出射光を検知していることになる。
【００１３】
光源が一般的な半導体レーザ等の単波長レーザの場合には、周囲温度変化などにより光源の出射光に光ノイズが発生する。この際は、散乱光検出用フォトダイオード３２で定常的に受光される迷光にも光ノイズが含まれるため、光ノイズが微粒子の散乱光と同等の光量である場合には、光ノイズを微粒子として誤って検出することになる。一般に、このような光ノイズによる誤検出は偽計数と呼ばれる。高清浄度空間での微粒子測定においては、高精度な微粒子の測定が必要となるため、この偽計数が微粒子検出の信頼性を低下させるので非常に大きな問題となっている。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、光ノイズによる偽計数を大幅に低減することができ、これによって微粒子検出の信頼性を向上させることができる微粒子測定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１による微粒子測定装置は、長手方向に沿って直線に伸びる中空部を有する筒状部材の前記中空部を光路空間とし、この光路空間の一端に出射光が長手方向の直線に沿って放射されるように光源を配設すると共に、その光源からの出射光を平行光に変換するレンズを配設し、長手方向の直線と交差するように筒状部材の光路空間を抜けて対向する側壁を貫通する通路に流体を流し、この流体に、レンズで変換された平行光を透過させ、この透過時に流体中に含まれる微粒子での散乱光を第１の受光素子で受光し、この受光に応じて第１の受光素子から出力される電気信号から微粒子の数及び大きさを演算して求める微粒子測定装置において、前記微粒子による散乱光を検出しない位置で、且つ前記光源から出射光が乱反射した迷光並びに該出射光に発生する光ノイズを受光可能な位置に配設された第２の受光素子と、前記第１及び第２の受光素子で同時に、予め定められた閾値よりも大きいレベルの光信号が受光された際に光ノイズの検出と判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、第１及び第２の受光素子で同時に、予め定められた閾値よりも大きいレベルの光信号が受光されている場合は、判定手段にて光ノイズが検出されていると判定される。この判定によって、第１の受光素子から出力される電気信号は微粒子として計数されない。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように本発明によれば、光ノイズによる偽計数を大幅に低減することができ、これによって微粒子検出の信頼性を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る微粒子測定装置の構成を示す断面図である。
図１に示す微粒子測定装置２０は、長手方向中心線（光軸２６）に沿って円柱形状に貫通する光路空間２１を有する円筒形状の測定管２２を有する。
測定管２２の一端部には、光路空間２１を外界と遮光状態に閉塞する円板部材２３が固定されている。その円板部材２３の固定端と反対側の端には、光路空間２１を外界と遮光状態に閉塞する光吸収体２４が固定されている。この光吸収体２４の内壁は、光路空間２１の光軸２６を中心とする円周が光軸２６に沿って徐々に狭まる円錐コーン形状に形成されている。
【００１７】
また、光吸収体２４の内壁には反射率を低くするために、サンドブラスト加工及び艶消し黒色塗装等の反射防止加工がなされている。光吸収体２４の円錐コーン形状の内壁の先端部には、光軸２６に沿って外界へ抜ける細長い円柱形状の貫通穴に、光を透過する材料が嵌合又は埋め込まれて形成された光透過部２５が設けられている。更に、光透過部２５から透過した光を受光できる位置に光量制御用フォトダイオード２７が配置固定されている。
【００１８】
光路空間２１において、円板部材２３には、半導体レーザ２８が固定されている。半導体レーザ２８のレーザ光出射側には所定間隔離してコリメートレンズ２９が配置され、更に、コリメートレンズ２９から所定間隔離れた位置にシリンドリカルレンズ３０が配置されている。半導体レーザ２８から出射されたレーザ光は、コリメートレンズ２９によって平行ビーム光とされ、更にシリンドリカルレンズ３０によって扁平ビーム光とされるようになっている。
【００１９】
また、シリンドリカルレンズ３０から光吸収体２４側に所定間隔離れた位置には、シリンドリカルレンズ３０からの扁平ビーム光と気流３１とが交差する状態となるように、測定管２２の外面から周壁を貫通して光路空間２１へ抜ける図示せぬ噴出通路及び吸引通路が対向状態に形成されている。
測定管２２の外面に抜ける噴出通路及び吸引通路の開口は、図示せぬ排気／吸引用のポンプ又はファンモータに接続されており、そのポンプ又はファンモータによって噴出通路から噴出された気体が吸引通路で吸引されることによって、光路空間２１に光軸２６と交差して気流３１が流れるようになっている。
【００２０】
また、その気流３１が流れる光路空間２１の内壁には、散乱光検出用フォトダイオード３２が配置されて、シリンドリカルレンズ３０からの扁平ビーム光と気流３１とが交差する際に、気流３１中の粉塵等の微粒子で散乱した光（散乱光）が散乱光検出用フォトダイオード３２で受光されるようになっている。
また、光路空間２１の内壁には、本実施の形態の特徴要素である光ノイズ検出用フォトダイオード３５が配置されている。即ち、微粒子による散乱光を検出しない位置で、且つ半導体レーザ２８からレーザ光の一部が内壁に乱反射して発生した迷光並びに周囲温度変化等の影響によってレーザ光に発生した光ノイズを受光可能な位置、この例ではシリンドリカルレンズ３０の近傍に光ノイズ検出用フォトダイオード３５を設置している。つまり、その迷光並びに光ノイズは散乱光検出用フォトダイオード３２でも検出される。
【００２１】
更に、散乱光検出用フォトダイオード３２及び光ノイズ検出用フォトダイオード３５は、光ノイズ判定部３６に接続されている。
光ノイズ判定部３６は、光ノイズ検出用フォトダイオード３５と散乱光検出用フォトダイオード３２との双方で同時に、予め定められた閾値よりも大きいレベルの光信号が受光された際に、光ノイズが検出されていると判定するものである。
【００２２】
この判定について、図２を参照して説明する。図２の縦軸は時間、縦軸は信号レベルを示しており、受光信号Ｓ１は、散乱光検出用フォトダイオード３２の受光信号である。受光信号Ｓ１において、直流成分のＶｄｃｌは定常的に受光されている迷光であり、Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１５は微粒字の散乱光によるパルス信号である。また、Ｐ１４は、光ノイズによるノイズ信号である。
【００２３】
一方、受光信号Ｓ２は光ノイズ検出用フォトダイオード３５の受光信号である。受光信号Ｓ２において、直流成分のＶｄｃ２は迷光成分であり、Ｓ１のＶｄｃ１とほぼ同等レベルの信号である。Ｐ２１は光ノイズによるノイズ信号である。但し、光ノイズ検出用フォトダイオード３５は粒子の散乱光を検出できる位置には配置されていないためＰ１１のような散乱光によるパルス信号は検出されない。
【００２４】
このように、光ノイズ信号Ｐ１４及びＰ２１の信号レベルは、粒子の散乱光による信号Ｐ１１等の信号レベルとほぼ同じである、このため、Ｓ１のみで信号処理をした場合には、散乱光と光ノイズの区別が困難なため偽計数が発生することになる。
そこで、受光信号Ｓ１とＳ２の信号を比較し、両方の信号にパルス状の信号が同時に検出された場合、例えば時刻ｔ１には検出信号Ｐ１４が光ノイズであると判定する。必然的に、時刻ｔ２のように、受光信号Ｓ１にだけ信号Ｐ１１が検出されている場合は、光ノイズである判定されない。つまり、その信号Ｐ１１が散乱光による信号であると判定されるようになっている。
【００２５】
このような構成の微粒子測定装置２０は、クリーンルーム等の粉塵を管理する領域に配置されて、次のような微粒子の測定動作を行う。
まず、ポンプ又はファンモータが起動されると、噴出通路から噴出された気流３１が光路空間２１を通って吸引通路で吸引される。この後、半導体レーザ２８からレーザ光が出射されると、このレーザ光がコリメートレンズ２９によって平行ビーム光とされ、平行ビーム光がシリンドリカルレンズ３０によって扁平ビーム光とされる。
【００２６】
ここで、レーザ光の光量の一部をモニタリングすることにより、半導体レーザ２８の出射光量を制御して安定した光が出射されるようになされている。半導体レーザ２８から出射された光は、レンズ２９，３０を通して扁平ビーム光となり、扁平ビーム光は前述のとおり光吸収体２４によってその殆どを吸収されるが、一部は光透過部２５を透過して光量制御用フォトダイオード２７によって受光される。この受光に応じて光量制御用フォトダイオード２７から出力される電気信号が図示せぬ増幅装置によって増幅され、更に図示せぬ演算装置によって、その増幅信号から半導体レーザ２８の駆動電流が制御されることにより、半導体レーザ２８の出射光が予め設定されている光量になるように制御されている。
【００２７】
シリンドリカルレンズ３０からの扁平ビーム光は、光路空間２１を横切る気流３１を交差して透過する。この透過時に、気体中の微粒子で光が散乱され、この散乱光が散乱光検出用フォトダイオード３２で受光される。この受光に応じて散乱光検出用フォトダイオード３２から出力される電気信号が図示せぬ増幅装置によって増幅され、更に図示せぬ演算装置によって、その増幅信号の波形の振幅や幅から微粒子の数と粒径が求められる。
【００２８】
このように、散乱光検出用フォトダイオード３２にて、図２の時刻ｔ２のように受光信号Ｓ１にだけ信号Ｐ１１が検出されている場合は、光ノイズ判定部３６では、その信号Ｐ１１が光ノイズとは判定されないので、散乱光検出用フォトダイオード３２から出力される電気信号Ｐ１１が演算装置によって微粒子として計数される。
一方、時刻ｔ１のように、双方のフォトダイオード３２，３５で同時に、予め定められた閾値よりも大きいレベルの信号Ｐ１４，Ｐ２１が受光されている場合は、光ノイズ判定部３６にて光ノイズが検出されていると判定される。この判定によって、散乱光検出用フォトダイオード３２から出力される電気信号Ｐ１４は演算装置によって微粒子として計数されない。
【００２９】
以上説明したように本実施の形態の微粒子測定装置２０によれば、光ノイズ判定部３６での光ノイズの判定によって、誤って光ノイズを微粒子として検出する偽計数を大幅に低減することができ、これによって微粒子検出の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係る微粒子測定装置の構成を示す断面図である。
【図２】上記実施の形態に係る微粒子測定装置の受光信号の一例を示す図である。
【図３】従来の微粒子測定装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
２０  微粒子測定装置
２１  光路空間
２２  測定管
２３  円板部材
２４  光吸収体
２５  光透過部
２６  光軸
２７  光制御用フォトダイオード
２８  半導体レーザ
２９  コリメートレンズ
３０  シリンドリカルレンズ
３１  気流
３２  散乱光検出用フォトダイオード
３３  光線
３５  光ノイズ検出用フォトダイオード
【図１】
2006189337.tif 000003
【図２】
2006189337.tif 000004
【図３】
2006189337.tif 000005